29007-1 (Широкополосный усилитель с подъемом АЧХ), страница 2

g_бэ=16,810^-3 Ом^-1

g_i=13,310^-3 Ом^-1

C_э=100 пФ

С_к=5,1 пФ

Рисунок 2.5 - Эквивалентная схема Джиаколетто

2). Однонаправленная модель [3]

L_вх=L_э+L_б=0,2+1=1,2 нГн

R_вх=r_б=1,07 Ом

R_вых=R_i=g_i ^–1=75,2

С_вых=С_к=5,1 пФ

G_12ном=(f_max/f_тек)²=(3060/200)²=15,3²=234,09

Рисунок 2.6 - Однонаправленная модель

2.3.4. Расчет цепей питания и термостабилизации

1). Эмиттерная термостабилизация [4]

Найдём мощность, рассеиваемую на R_э:

Рабочая точка: I_к0=0,11 А

U_кэ0=7 В

Для эффективной термостабилизации падение напряжения на R_э должно быть порядка 3-5В. Возьмём U_э=3В. Тогда мощность, рассеиваемая на R_э определяемая выражением (2.16), равна:

P_Rэ=I_к0U_э=0,113=0,33 Вт. (2.16)

Рисунок 2.7 - Схема оконечного каскада с эмиттерной термостабилизацией

Найдём необходимое Е_п для данной схемы:

Е_п=U_Rэ+ U_кэ0+ U_Rк=3+7+0=10 В. (2.17)

Рассчитаем R_э, R_б1, R_б2:

Ом, (2.18)

мА, (2.19)

ток базового делителя:

I_д=10I_б=9,73 мА, (2.20)

Ом, (2.21)

Ом. (2.22)

Найдём L_к, исходя из условий, что на нижней частоте полосы пропускания её сопротивление много больше сопротивления нагрузки. В нашем случае:

мкГн. (2.23)

2). Активная коллекторная термостабилизация [4]

Рисунок 2.8 – Схема активной коллекторной стабилизации

Напряжение U_R4 выбирается из условия: В.

Возьмём U_R4=1,5 В.

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на R₄:

P_R4=U_R4I_К02=1,50,11=0,165 Вт. (2.24)

Найдём Е_П:

Е_П=U_{кэ 02}+U_R4=7+1,5=8,5 В, (2.25)

где U_{кэ 02} – напряжение в рабочей точке второго транзистора.

Ом (2.26)

Первый транзистор выбирается исходя из условия, что статический коэффициент передачи тока базы ₀₁=50100.

Примем ₀₁=75.

Ток базы второго транзистора находится по формуле (2.19):

мА.

В. (2.27)

кОм. (2.28)

В соответствии с формулой (2.19):

А.

Ток базового делителя первого транзистора рассчитывается поформуле (2.20):

I_д1=10I_б1=1019,510^-6=0,195 мА.

кОм. (2.29)

кОм. (2.30)

Так как усилитель маломощный, то возьмём эмиттерную термостабилизацию.

2.3.5. Расчёт выходной корректирующей цепи

Рисунок 2.9 - Выходная корректирующая цепь

Нормировка элементов производится по формулам (2.31):

, (2.31)

где R_нор и w_нор – сопротивление и частота, относительно которых производится нормировка,

L, C, R – значения нормируемых элементов

L_н, C_н, R_н – нормированные значения.

Нормируем С_вых (относительно R_н и w_в) в соответствии с (2.31)

С_выхН=С_выхR_нw_в=5,110^-1250220010⁶=0,32

В таблице 7.1 [4] находим нормированные значения L₁ и С₁, соответствующие найденному С_выхН. Ближайшее значение С_выхН=0,285, ему соответствуют:

С_1Н=0,3

L_1Н=0,547

=1,002.

Денормирование элементов производится по следующим формулам:

(2.32)

По (2.32) разнормируем С_1Н и L_1Н :

нГн,

пФ.

Найдём ощущаемое сопротивление транзистора:

R_ощ=R_н/=50/1,002=49,9 Ом (2.33)

2.3.6. Расчёт межкаскадной корректирующей цепи

Чтобы обеспечить подъём АЧХ, воспользуемся межкаскадной корректирующей цепью четвертого порядка [5].

Схема каскада по переменному току приведена на рисунке 3.9.

Рисунок 2.10 - Каскад с межкаскадной корректирующей цепью четвёртого порядка.

По заданию необходимо осуществить подъём АЧХ на 5 дБ.

Так как неравномерность АЧХ всего устройства составляет 1,5дБ, а число каскадов равно трём, то на каждый каскад приходится неравномерность АЧХ=0,5дБ.

Нормированные значения элементов корректирующей цепи взяты из таблицы 9.1, исходя из заданных частотных искажений [5].

Так как транзистор биполярный, то его входная ёмкость С_вх=

Рассчитаем нормированное значение выходной ёмкости первого транзистора (С_вых1) по формуле (2.31).

Здесь нормируем относительно выходного сопротивления промежуточного (первого) транзистора и верхней частоты.

С_вых1Н=С_вых1R_вых12f_в=5,110^-1275,2220010⁶=0,482

Найдём элементы коррекции с учетом С_вых1Н:

(2.34)

(2.35)

(2.36)

(2.37)

(2.38)

(2.39)

Разнормируем элементы коррекции в соответствии с (2.32):

нГн

Ом

пФ

пФ

нГн.

Найдём коэффициент усиления выходного каскада:

(2.40)

где R_вх.н – входное сопротивление оконечного транзистора, нормированное относительно выходного сопротивления предоконечного транзистора,

G_ном12 – коэффициент усиления транзистора, находится по формуле (2.41)

, (2.41)

f_мах – максимальная частота транзистора,

f_в – верхняя частота заданной полосы пропускания.

Подставим в формулу (2.40), и получим:

раз = 16,3дБ.

2.4. Выбор входного транзистора

Транзистор входного каскада должен иметь такую же полосу частот, но, так как выходной каскад даёт достаточно высокий коэффициент усиления, то коэффициент усиления входного транзистора можно взять поменьше, чем у транзистора выходного и предоконечного каскадов [1].

Электрические параметры транзистора 2Т911А:

Коэффициент усиления по мощности при U_кэ=28В, Т_к40С, на частоте f=1,8ГГц при Р_вых=0,8Вт:

G_ном1,2=2

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ при U_кэ=5В, I_э=200мА (типовое значение):

=40

Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ при U_кэ=12В, I_к=200мА:

f_Т=3060МГц

Ёмкость коллекторного перехода при U_кб=28В:

С_Uкэ=4пФ

Постоянная времени цепи ОС на ВЧ при U_кб=10В, I_э=30мА, f=5МГц:

_с=25пФ

Предельные эксплуатационные данные транзистора 2Т911А:

Средняя рассеиваемая мощность в динамическом режиме

Р_к=3Вт

По всем параметрам нам подходит транзистор 2Т911А.

Подставив в формулу (2.41) справочные значения коэффициента усиления и верхней частоты транзистора, найдём максимальную частоту:

,

где f_вТР – граничная частота транзистора.

Таким образом f_мах= 1,810⁹=2,5 ГГц

Подставив в формулу (2.41) найденное значение максимальной частоты и верхнюю частоту заданной полосы, найдём усиление:

Найдём выходное сопротивление транзистора (R_вых):

U_кб=55 В, I_к=400 мА

Ом.

2.5. Расчёт предоконечного каскада

2.5.1. Расчёт рабочей точки

В данном каскаде используем транзистор КТ939, то есть такой же, как и в выходном каскаде.

Чтобы для всего усилительного каскада использовалось одно и тоже питание, рабочая точка для этого транзистора имеет такое же напряжение, но ток меньше, чем у выходного каскада в ‘коэффициент усиления конечного каскада’ раз.

U_кэ0=7 В,

мА.

Таким образом рабочая точка: I_к0=16,7 мА

U_кэ0=7 В

Эквивалентные схемы транзистора представлены в пункте 2.3.3.

2.5.2. Эмиттерная термостабилизация

Возьмём напряжение на эмиттере U_э=3 В.

Мощность, рассеиваемая на R_э находится по формуле (2.16):

P_Rэ=16,7 3=50,1 мВт.

Е_п для данной схемы находится по формуле (2.17):

Е_п=3+7+0=10 В.

Рассчитаем R_э, R_б1, R_б2 в соответствии с формулами (2.18)-(2.22)

Ом,

мА,

ток базового делителя: I_д=10I_б=1,48 мА,

Ом,

Ом.

Схема каскада с эмиттерной термостабилизацией приведена на рисунке 2.7.

Найдём L_к, исходя из условий, что на нижней частоте полосы пропускания её сопротивление много больше сопротивления нагрузки для данного транзистора. В нашем случае:

нГн.

2.5.3. Расчёт элементов ВЧ коррекции и коэффициента усиления

По таблице [5] найдём коэффициенты, соответствующие нулевому подъёму АЧХ и неравномерности 0,5дБ

Рассчитаем нормированное значение выходной ёмкости первого транзистора (С_вых1) по формулам (2.31).

Здесь нормируем относительно выходного сопротивления входного транзистора (R_вых1) и верхней частоты.

С_вых1Н=С_вых1R_вых12f_в=5,110^-12137,5220010⁶=0,88

По формулам (2.34)-(2.39) найдём элементы коррекции:

В соответствии с (2.32) разнормируем элементы коррекции:

нГн

Ом

пФ

пФ

нГн.

Найдём коэффициент усиления предоконечного каскада по формуле (2.40), где R_вх.н – входное сопротивление предоконечного транзистора, нормированное относительно выходного сопротивления входного транзистора:

2.6. Расчёт входного каскада

2.6.1. Расчёт рабочей точки

Рабочая точка для этого транзистора имеет такое же напряжение, но ток меньше, чем у предоконечного каскада в ‘коэффициент усиления предоконечного каскада’ раз.

U_кэ0=7 В,

мА.

Таким образом рабочая точка: I_к0=2,7 мА

U_кэ0=7 В

2.6.2. Однонаправленная модель входного транзистора

а). Сначала найдём С_{u кэ} , чтобы найти R_б.

Так как в справочнике С_{u кэ} найдена при напряжении 28 В, а нам необходима при 10 В, то, используя формулу (2.8), получим:

Ф.

Теперь найдём R_б по формуле (2.9):

Ом.

R_вх=r_б=1,5 Ом.

б). Найдём R_вых по формуле (2.15).

U_кб=55 В, I_к=400 мА

Ом.

в). Индуктивность входа

L_б=0,5 нГн, L_э=0,55 нГн

L_вх= L_б+ L_э=0,5+0,55=1,05 нГн

г). По формуле (2.8) рассчитаем выходную ёмкость

Ф.